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吉林西部大安灌区土壤贮水能力空间变异特征及土壤水分有效性

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吉林大学学报（地球科学版） 2017年第2期47卷 554-563页

作者：卞建民刘彩虹杨晓舟吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室/吉林大学环境与资源学院长春130021 山东省水利科学研究院济南250013 山东省水资源与水环境重点实验室济南250013

为研究吉林西部土壤贮水能力的空间分布特征和水分有效性,以吉林西部大安灌区为研究对象,通过试验测定土壤贮水量及根系区土壤的水分特征曲线,并利用van Genuchten模型进行水分特征曲线拟合,结合经典统计和地统计分析方法分析土壤贮水... 详细信息

为研究吉林西部土壤贮水能力的空间分布特征和水分有效性,以吉林西部大安灌区为研究对象,通过试验测定土壤贮水量及根系区土壤的水分特征曲线,并利用van Genuchten模型进行水分特征曲线拟合,结合经典统计和地统计分析方法分析土壤贮水量空间变异特征。结果表明:盐碱土和非盐碱土吸持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量的均值之间不存在显著性差异(P>0.05),实际贮水量均值存在显著差异(P性均高于东西方向的空间变异性;轻度盐碱地、水田和旱田实际有效含水量分别占其最大有效含水量的78.94%、58.28%和56.62%,水分有效性较高,蔬菜地、高粱地、草甸土以及中度和重度盐碱土实际有效含水量占其最大有效含水量的20.83%27.13%,土壤水分有效性较小;水田、轻度和中度盐碱地的贮水和持水能力强,旱田和蔬菜地土壤贮水能力较强,持水能力中等,而重度盐碱地、高粱地、草甸土等土壤的持贮水能力较弱。研究结果对旱改水工程水资源管理和预防次生盐渍化有重要意义。

关键词：土壤贮水能力土壤水分特征曲线水分有效性大安灌区

黄土高原坡面带状植被土壤水分有效性的空间分异特征

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水土保持学报 2015年第6期29卷 233-240页

作者：吕文强王立党宏忠周泽福何修道甘肃农业大学林学院兰州730070 中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091

对黄土高原柠条和山杏2种带状格局植物篱20cm土层处土壤水分有效性的空间分异及动态变化进行了分析。结果表明:(1)2种带状植物篱带内、带前、带间、带后土壤水分有效性均差异显著(P带后>带前>带间,随着土层深度的增加带内土壤体积含水... 详细信息

对黄土高原柠条和山杏2种带状格局植物篱20cm土层处土壤水分有效性的空间分异及动态变化进行了分析。结果表明:(1)2种带状植物篱带内、带前、带间、带后土壤水分有效性均差异显著(P水分有效性随距植被带距离的增加而提高,而山杏植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而降低。(2)土壤水分有效性分级比较表明,柠条植物篱带间土壤水分为中效水,带后、带前、带内均为难效水,而山杏植物篱带内土壤水分为易效水,带后和带间均为中效水。(3)在土壤持水性能方面,柠条植物篱最大持水量表现为带间(69.91%)、带内(62.54%)高于带后(60.31%)、带前(56.52%),而最小持水量为带间(53.20%)最高、带内(33.05%)最低。山杏植物篱带间土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量分别是带内的1.05,0.96,1.35倍。(4)在20—100cm土层内,柠条植物篱各部位土壤体积含水量除在40cm土层处差异不显著外,其他各土层均差异显著(P带后>带前>带间,随着土层深度的增加带内土壤体积含水量逐渐降低,带间土壤含水量逐渐增加。山杏植物篱各部位土壤体积含水量基本相同,且增减变化一致,土壤含水量不受植被带距离的影响。(5)在降水条件下,柠条植物篱各部位土壤水分有效性空间动态变化表现为带间>带后>带前>带内,山杏植物篱各部位土壤水分有效性动态变化表现为带内>带后>带间。(6)柠条植物篱系统带内和带间在20—200cm土层内为干层;梯田在60—200cm土层内为干层;植被严重影响着土壤干层的厚度及分布;干层化程度表现为柠条植物篱带内>带间>梯田。在进行植被恢复重建时应考虑当地的降水变化、土壤理化性质、植被类型,选择适宜的植被类型,并合理设置种植密度,才能减少因土壤干层化引起的土壤水分亏缺对植被恢复重建的影响。

关键词：带状格局植物篱水分有效性土壤干层空间动态变化

黄土高原水蚀风蚀交错区水分有效性的季节变化

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农机化研究 2012年第12期34卷 40-43,47页

作者：周方录黄金柏王斌大庆市松嫩工程管理处黑龙江大庆163300 东北农业大学水利与建筑学院哈尔滨150030

选取位于黄土高原北部水蚀风蚀交错区的六道沟流域为研究区,以FAO56推荐的参考作物的蒸散发计算公式和Penman-Monteith公式,利用观测的气象数据,以1 h为时间步长分别计算参考作物的蒸散发ET0、草地植被的蒸散发ET以及水分有效性参数ma(m... 详细信息

选取位于黄土高原北部水蚀风蚀交错区的六道沟流域为研究区,以FAO56推荐的参考作物的蒸散发计算公式和Penman-Monteith公式,利用观测的气象数据,以1 h为时间步长分别计算参考作物的蒸散发ET0、草地植被的蒸散发ET以及水分有效性参数ma(ma=ET/ET0)。2006年的计算结果表明:年ET0略高于年降雨量;ET占年降雨量的37%,雨季集中降雨发生后ET明显增加;年中大部分时间ma水分的动态功能分析、土壤水分与农作物生长的关系等研究提供基础数据。

关键词：黄土高原水蚀风蚀交错区参照植被蒸散发草地蒸散发水分有效性

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土壤水分有效性研究综述

热带亚热带土壤科学 1995年第2期4卷 119-124页

作者：郭庆荣张秉刚广东省土壤研究所

本文对土壤水分有效性的诸多方面，如田间持水量，凋萎湿度，土壤有效水量，土壤水分有效性的经典概念，土壤水分有效性的新概念，以及描述土壤水分有效性的评价标准和方法等，进行了介绍、评述和论述．

关键词：田间持水量凋萎湿度土壤水分水分有效性

沂蒙山区典型土壤水分运动特性及其对养分淋失和水分有效性的影响

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沂蒙山区典型土壤水分运动特性及其对养分淋失和水分有效性的影响

作者：张永坤山东师范大学

学位级别：硕士

沂蒙山区属北方土石山区，水土流失及土壤干旱作为主要的生态环境问题，严重制约着该地区的可持续发展，同时伴随的养分淋失所造成的环境问题也不容忽视。研究不同土壤质地条件下的土壤水分有效性及养分淋失特征对沂蒙山区植被恢复和旱... 详细信息

沂蒙山区属北方土石山区，水土流失及土壤干旱作为主要的生态环境问题，严重制约着该地区的可持续发展，同时伴随的养分淋失所造成的环境问题也不容忽视。研究不同土壤质地条件下的土壤水分有效性及养分淋失特征对沂蒙山区植被恢复和旱地农业发展具有指导意义。本文选取该区典型土壤棕壤和褐土，通过野外调查取样分析、土柱模拟试验和盆栽试验，对2种土壤的基本物理性质、水分运动特性、氮磷淋失特性、水分有效性动态变化进行研究。取得如下结论：（1）比较棕壤和褐土的基本物理性质的差异，发现：沂蒙山区棕壤与褐土，分形维数较低，均为粗骨土，其中棕壤含石砾和砂粒较多，容重较大;褐土粉粒和粘粒含量较高，土壤孔隙度较大。（2）分析棕壤和褐土水分运动特性的差异，发现：棕壤的饱和导水率大于褐土，在相同含水量条件下棕壤的扩散率及非饱和导水率均高于褐土，而褐土具有更好的持水性能。（3）分析不同施肥水平条件下，棕壤和褐土的氮磷淋失特性，发现：棕壤中磷素淋失量明显高于褐土;褐土中氮素淋失量较高，尤其高施肥处理下具有更大的淋失风险。（4）以花生蒸腾耗水为指标，比较棕壤和褐土的水分有效性动态变化，发现：虽然棕壤和褐土具有不同的物理性质，但是其水分有效性的动态变化曲线没有明显差异。

关键词：土壤含水量水分有效性棕壤褐土养分淋失蒸腾

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黄土区土石混合土壤水分有效性研究

黄土区土石混合土壤水分有效性研究

作者：赵梅西北农林科技大学

学位级别：硕士

土地资源是自然的产物,它的总量是有限的,由于人为不合理地开发利用导致了大量土地退化,使得人们越来越关注如何保护和利用有限的土地资源,提高土地利用效率。这时,一类重要的土地资源开始被关注:含碎石土壤的土地资源。近年来,关于碎... 详细信息

土地资源是自然的产物,它的总量是有限的,由于人为不合理地开发利用导致了大量土地退化,使得人们越来越关注如何保护和利用有限的土地资源,提高土地利用效率。这时,一类重要的土地资源开始被关注:含碎石土壤的土地资源。近年来,关于碎石以及含碎石土壤相关信息的需求量逐渐在增加,因为研究者们意识到除了成土原因外,多种人为活动都可能导致土壤中含有碎石的现象发生。碎石在黄土高原大量分布,强烈的侵蚀和频繁的人类活动导致土壤中的大颗粒(碎石)向上运动,小颗粒(细土)向下运动,加之耕作侵蚀、风侵蚀、水侵蚀的作用,不仅移走了表面土壤的小颗粒,还要导致了土壤养分流失,使得出现大量碎石裸露在地表的现象。虽然国内外关于碎石自身各种性质有一定的研究,但是对于含碎石土壤水分有效性规律和空间变异规律的认识还很有限。本文通过大量试验,对含碎石土壤水分有效性和含碎石土壤水分动态变化进行研究,并对坡面碎石与土壤水分的空间分布及对生物量的影响做了更深入的研究,主要取得以下结论: 1.不同碎石覆盖量下土壤水分随着土层深度的增加呈先增大再减小的趋势。对比没有碎石覆盖和碎石覆盖量为最大(55kg)的两个试验,对于表层0-20cm的土壤,有碎石覆盖小区的土壤水分含量小于没有碎石覆盖小区的土壤水分含量;而对于20cm以下的土壤,碎石覆盖的土壤含水量要大于没有碎石覆盖的土壤含水量。不同含量碎石覆盖之间没有明显差异。 2.碎石隔层的厚度对土壤水分的变化影响明显,20cm厚的碎石隔层土壤水分的变化大于10cm厚的碎石隔层,而10cm厚的碎石隔层的不同位置对土壤水分的影响几乎相同。另外,土壤中的碎石隔层对土壤水分变化的影响要大于碎石隔层在表面时(表面覆盖碎石)土壤水分的变化。碎石隔层的存在,使得土壤水分呈“S”型变化趋势,即土壤水分含量随土层深度的增加呈现先增大后减小,再增大再减小的趋势。 3.不同碎石含量的土石混合土壤的水分变化随着土层深度的增加而呈增大的趋势。纯土处理试验的土壤水分含量和水分波动均明显小于含碎石土壤的试验,这说明碎石的存在增加了土壤水分含量。 4.碎石覆盖度、表层20cm土壤碎石重量含量、碎石粒径、表面粗糙度在测定坡面上呈倒“S”型分布,即随着距坡顶距离的增大,它们均呈现先增加后减小再增大的趋势。碎石覆盖度、表层20cm土壤碎石重量含量、碎石粒径、表面粗糙度的分布不仅与坡度有关,他们之间也相互影响,达到极显著相关(相关系数在0.01水平上显著)。对这几个变量的逐步线性回归分析发现,对含量影响最大的是盖度,它对碎石含量分布的解释程度达到了52.3%,其次是坡度和粒径;对盖度影响最大的同样是碎石含量,其次是粗糙度和粒径;对于粗糙度,只有盖度呈现出显著影响。 5.土壤水分在坡面上的分布规律是:土壤湿度从坡顶到坡脚越来越大;表层20cm土壤水分高于表层6cm土壤水分含量,表层6cm土壤水分延坡长方向从上到下波动很大。在坡底,未去除表面碎石的表层20cm土壤含水量最高,而是否去除表层碎石对于表层6cm土壤水分的影响不大。四种处理的水分空间变异均属于中等变异水平。 6.对含碎石沙地土壤的地下生物量,可用公式Y = 0. 106X+77.698来矫正传统土钻法测定时产生的误差。也可用公式Y = 0 .378X+52.557来推算地上生物量和地下生物量之间的关系。这减轻了野外测定根系生物量的工作量,为沙地土石混合土壤的各种性质研究和植物生理生态研究提供参考。 7.黄土高原土石混合的土壤水分有效性在萎焉系数(永久凋萎点)到田间持水量之间随着土壤湿度的增加按对数函数递增。值得注意的是,含碎石土壤水分有效性的增加是按照对数函数均匀递增,并没有出现纯土水分有效性在田间持水量附近增加明显变缓的趋势,在田间持水量到萎焉系数之间也没有水分有效性变化的“临界点”。在同等试验条件下,沙打旺比苜蓿更耗水,苜蓿自身的抗旱性能要比沙打旺高。因此,在研究地区相对于沙打旺来说,种植苜蓿更有利于土壤水分的有效利用。另外,在用模拟土柱试验方法研究土壤水分有效性时,对于一年生的植物,建议用高大于1m的土柱以防止植物根系回长。土壤中的碎石通过改变土壤蒸发、土壤入渗、土壤侵蚀、土壤辐射、水量平衡以及温度特性来影响土石混合土壤中水分的运动。本论文通过不同的试验设计,探索了土石混合土壤中水分的运动、水分有效性、空间变异规律以及碎石空间分布规律,得出的一些试验结果有助于提高人们对含碎石土壤的认识,对于改善土石山区水文过程和生态恢复与环境改善有重要的意义。

关键词：黄土高原土石混合土壤水分有效性蒸发空间变异碎石分布

黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性分析 ——以六道沟流域为例

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黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性分析 ——以六...

作者：甄自强扬州大学

学位级别：硕士

位于黄土高原北部的六道沟流域长期受到水蚀与风蚀作用的影响,水资源目前面临着严重的危机。淤地坝在流域内的水土保持措施中具有重要作用,提高了水资源的存储与利用效率,有利的调控了土壤水文循环过程,并为植物的生长涵养了更多的水源... 详细信息

位于黄土高原北部的六道沟流域长期受到水蚀与风蚀作用的影响,水资源目前面临着严重的危机。淤地坝在流域内的水土保持措施中具有重要作用,提高了水资源的存储与利用效率,有利的调控了土壤水文循环过程,并为植物的生长涵养了更多的水源。本文依托六道沟流域的一座淤地坝为研究区,选取淤地坝区域与坡面两点为研究对象开展研究。根据联合国粮农组织(FAO)推荐经修正的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散发量(ET0),利用原始的Penman-Monteith公式估算草地蒸散发量(ET),并通过后者与前者的比值对水分有效性(ma)进行评估,从而揭示研究区的蒸散发及水分有效性的时间变化特征:采用有限差分方法结合非饱和土壤水分运动方程构建一维点尺度土壤水分运动模型,实现对表层(0～1Ocm)土壤水分的模拟,再借助标准误差(RMSE)、一致性系数(d)、纳什效率系数(NSE)对模型进行验证。研究取得的主要结果为:(1)2006年1月1日至2007年9月30日,淤地坝区域与坡面两点之间的ET0、ET和ma的计算结果曲线在年内随时间的变化趋势相似。从总量上看,2006年全年或2007年9个月内的ET0、ET、ma的累计总量均表现出淤地坝区域略微高于坡面。两点的ET、ma对同期降雨及土壤水分骤然变化的响应更为强烈。2006年淤地坝区域与坡面的ma均值分别为0.16、0.14,2007年9个月内的ma均值分别为0.20、0.18,计算时段的年内时期均表现出淤地坝区域的水分有效性参数均值略高于坡面。(2)2006年淤地坝区域与坡面的5、30cm深度的土壤含水量在年内非雨季时期的日变化趋势较明显,而在年内的雨季两个深度的土壤水分变化趋势较弱,并处于频繁波动的较复杂变化形式,且在年内大部分月份坡面上两个深度的土壤水分日变化趋势较同样深度的淤地坝区域更加明显。(3)表层土壤水分运动模型的运行与检测结果为:淤地坝区域与坡面实测序列与计算序列的标准误差(RMSE)分别为0.015、0.017,一致性系数(d)分别为0.974、0.953,纳什效率系数(NSE)分别为0.901、0.830,说明所构建的土壤水分计算模型对两点土壤水分的模拟效果较好,且淤地坝区域的模拟精度比坡面略高。另外,模型对降雨较为敏感,在年内的非雨季时日模拟精度更高。研究结果以期为黄土高原北部淤地坝区域水分有效性的研究及表层土壤水分的模拟提供参考方法,并为六道沟流域的农业发展、水土保持建设等提供基础数据。

关键词：蒸散发水分有效性土壤水分模拟淤地坝六道沟流域

黄土高原水蚀风蚀交错区降雨特性及水分有效性研究

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黄土高原水蚀风蚀交错区降雨特性及水分有效性研究

作者：檀璐东北农业大学

学位级别：硕士

在黄土高原地区,降雨是研究区域土壤侵蚀的主要原因,降雨的持续时间、降雨强度、时空变异性等都是影响侵蚀的重要因素。降雨会产生径流,径流是导致水土流失的基本动力,对降雨特征如降雨强度、降雨持续时间、降雨量的分布特点与发生的概... 详细信息

在黄土高原地区,降雨是研究区域土壤侵蚀的主要原因,降雨的持续时间、降雨强度、时空变异性等都是影响侵蚀的重要因素。降雨会产生径流,径流是导致水土流失的基本动力,对降雨特征如降雨强度、降雨持续时间、降雨量的分布特点与发生的概率进行研究十分必要,可为黄土高原地区的土壤侵蚀、地表水资源等方面的研究可以提供基础数据。蒸散发是陆地水分和能量循环过程中的重要环节,陆面蒸散发是陆地表层水循环中估算难度较大的分量,它是下垫面与大气相互作用的重要过程之一,水分与能量循环直接影响一个地区水资源的时间与空间分布,进而影响到该地区的经济和社会发展。蒸散发作为一个重要的土壤水分运行的环节,是限制土壤有效水分的重要因子,能够表征气候的综合影响,对区域气候、水文、生态研究有重要意义,一直是植被生态学和生物地理学研究上的热点问题,准确的推求蒸散发量,对区域性水分循环和水量平衡的研究以及气象因素和人类活动对生态系统影响的评估都具有重要意义。本文以六道沟流域为研究区,对2006～2010年的降雨量及年内分布特征、不同时间步长序列的雨强特征进行分析,以10min步长的降雨数据划分降雨事件,对5年内降雨量、降雨历时的分布情况进行了分析。同时基于原始的Penman-Monteith公式,与FAO推荐的修正Penman-Monteith公式,利用1h时间步长的气象与下垫面数据,对计算参数进行确定,并计算草地植被的蒸散发Evapotranspiration(ET)、潜在蒸散发ET0以及水分有效性参数ma(ET/ETo),结合降雨、土壤含水量等水文、气象资料分析了实际蒸散发、潜在蒸散发、水分有效性参数的季节性变化规律。研究的主要结果如下：(1)有关降雨特性：研究区的降雨季节性分布不均,雨季(6-9月)平均降雨量占年平均降雨量的75.2%,月最大降水量占年降水量的25%-35%;最大雨强和平均雨强都随着用于对降雨事件分割的时间步长的增大而变小;5年内降雨的雨强多为小雨强的轻降雨,降雨强度大多为0.1mm-min-1、0.2mm·min-1以内,并且多为短历时的降雨事件,多数降雨事件的降雨量小于10mm,占总降雨事件的87.8%。(2)有关蒸散发：分析了2006年的温度、风速、太阳辐射、降雨量和ET在内各变量的年内变化,并对各种因子进行对比分析;2006年草地蒸散发ET计算结果为142mm,占该年降雨量386mm的37%,蒸散发分布的季节性变化明显,雨季蒸散发强烈;潜在蒸散发ET0的计算结果为412mm,超过了2006年总降雨量,年内分布夏季值高,冬季值低;水分有效性参数ma值的变化主要受实际蒸散发ET变化的影响,且两者更容易受到降雨的影响,在大的集中降雨过后会突然增加;与同一区域的不同土地利用方式下的蒸散发相比草地植被的蒸散发相对较低,所以应该在黄土高原北部六道沟流域以及相似气候条件的区域推广草地植被。

关键词：六道沟流域降雨特征潜在蒸散发实际蒸散发水分有效性

黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性——以六道沟流域为例

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水资源与水工程学报 2016年第3期27卷 226-232,236页

作者：甄自强黄金柏王斌周亚明扬州大学水利与能源动力工程学院江苏扬州225009 东北农业大学水利与建筑学院黑龙江哈尔滨150030

为揭示黄土高原北部淤地坝区域土壤水分变化特征及其有效性,以黄土高原北部六道沟流域的一处淤地坝区域为研究区,基于实测的水文、气象数据,利用Penman公式和Penman-Monteith公式分别推求参考作物的蒸散发以及草地蒸散发,并对水分有效... 详细信息

为揭示黄土高原北部淤地坝区域土壤水分变化特征及其有效性,以黄土高原北部六道沟流域的一处淤地坝区域为研究区,基于实测的水文、气象数据,利用Penman公式和Penman-Monteith公式分别推求参考作物的蒸散发以及草地蒸散发,并对水分有效性进行评估;基于非饱和土壤水分运动方程式(Richards formula)构建了一维土壤水分计算模型,并对土壤水分进行模拟。结果表明:计算时段内,研究区的水分有效性参数值受同期表层土壤含水量和蒸散发的影响较大;淤地坝区域的水分有效性参数均值(0.31)比坡面均值(0.17)大;构建的一维土壤水分模型模拟精度较高,实测值与模拟值之间的相关系数以及模型的纳什效率(Nash-Sutcliffe efficiency(NSE))系数在0.90以上。研究结果可为黄土高原北部淤地坝区域蒸散发和土壤水分运动的深入研究提供基础数据和方法上的借鉴。

关键词：淤地坝蒸散发水分有效性土壤水分六道沟流域